(57)【要約】【課題】同期機械用の並列巻き超伝導コイルを提供する。【解決手段】超伝導コイル組立品（３４）は複数の回路ブランチを含む。複数の回路ブランチの各回路ブランチ（１９１、１９２、２９１、２９２、２９３）は電気的に互いに並列に接続されている。各回路ブランチ（１９１、１９２、２９１、２９２、２９３）は構造用コアに配置されている。複数の回路ブランチの各回路ブランチ（１９１、１９２、２９１、２９１、２９３）は、超伝導線で巻かれたコイル（１０２、１０４、２０２、２０４、２０６、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２）と、コイルに電気的に直列に接続された抵抗手段と、を含む。各回路ブランチのコイルは、複数の回路ブランチに対して複数のコイル（３６）を形成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の回路ブランチを備える超伝導コイル組立品（３４）であって、前記複数の回路ブランチの各回路ブランチ（１９１、１９２、２９１、２９２、２９３）が電気的に互いに並列に接続され、前記各回路ブランチ（１９１、１９２、２９１、２９２、２９３）が構造用コアに配置され、前記複数の回路ブランチの前記各回路ブランチ（１９１、１９２、２９１、２９１、２９３）が、
超伝導線で巻かれたコイル（１０２、１０４、２０２、２０４、２０６、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２）と、
前記コイル（１０２、１０４、２０２、２０４、２０６、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２）に抵抗（１２２、１２４、２２２、２２４、２２６）を与える手段と、を備え、
前記各回路ブランチ（１９１、１９２、２９１、２９１、２９３）の前記コイル（１０２、１０４、２０２、２０４、２０６、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２）が前記複数の回路ブランチに対して複数のコイル（３６）を形成している超伝導コイル組立品（３４）。
【請求項２】
前記コアが、同期機械（１０）の回転子に配置され、かつ前記コアが磁気コアである、請求項１記載の超伝導コイル組立品（３４）。
【請求項３】
前記抵抗（１２２、１２４、２２２、２２４、２２６）を与える前記手段が、前記コイル（１０２、１０４、２０２、２０４、２０６、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２）の抵抗よりも大きな抵抗を有する、請求項１記載の超伝導コイル組立品（３４）。
【請求項４】
前記抵抗（１２２、１２４、２２２、２２４、２２６）を与える前記手段は、前記各回路ブランチ（１９１、１９２、２９１、２９２、２９３）間の正味の電流差が約１％よりも少ないことを保証するように選ばれた電流平衡化抵抗器（１３２、１３４、２３２、２３４、２３６）を備えている、請求項１記載の超伝導コイル組立品（３４）。
【請求項５】
前記各回路ブランチ（１９１、１９２、２９１、２９２、２９３）が、さらに、前記電流平衡化抵抗器（１３２、１３４、２３２、２３４、２３６）と直列に接続された少なくとも１つの追加のコイル（１０２、１０４、２０２、２０４、２０６、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２）を備えている、請求項４記載の超伝導コイル組立品（３４）。
【請求項６】
前記複数のコイル（３６）が、冷却システムによって約２０Ｋから約８０Ｋまでの温度に保たれている、請求項１記載の超伝導コイル組立品（３４）。
【請求項７】
前記複数のコイル（３６）の各前記コイル（１０２、１０４、２０２、２０４、２０６、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２）が、互いに連続して積み重ねて配置されている、請求項１記載の超伝導コイル組立品（３４）。
【請求項８】
熱伝導被膜（１３８）が前記複数のコイル（３６）の露出表面に配置されている、請求項７記載の超伝導コイル組立品（３４）。
【請求項９】
熱伝導板（１３７）が、前記複数のコイル（３６）からの熱除去を高めるように各前記コイル（１０２、１０４、２０２、２０４、２０６、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２）の間に配置されている、請求項８記載の超伝導コイル組立品（３４）。
【請求項１０】
前記冷却システムが、前記熱伝導被膜（１３８）および前記熱伝導板（１３７）と熱的に接触している、請求項８記載の超伝導コイル組立品（３４）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、同期回転機械の超伝導コイルに関する。より詳細には、本発明は、同期機械または同様な機器の超伝導回転子で使用するために直列または並列に接続された２以上の超伝導コイルに分けて巻かれた超伝導線に関する。
【背景技術】
【０００２】
界磁巻線を有する同期電気機械には、回転発電機、回転モータ、およびリニアモータがあるが、これらに限定されない。これらの機械は、一般に、互いに電磁的に結合されている固定子および回転子を含む。回転子は、多極回転子コアおよびこの回転子コアに取り付けられた１つまたは複数の界磁巻線を含むことが多い。回転子コアは、鉄コア回転子のような磁気透過可能固体材料を含むことができる。
【０００３】
リラクタンス機械を除いて、同期電気機械の基本的な特徴は、回転子に対して固定されている磁束を生成する回転子である。言い換えると、回転子が回転するとき、磁束は回転子と共に回転する。界磁巻線を有する同期電気機械の部類では、磁束は、磁石を形成するように配列された１つまたは複数のコイルを流れる電流で生成される。各コイルの「磁気軸」は、コイルの磁気効果が相加的になるように互いに整列されている。多くの場合に、コイルは、同じ電流が各コイルを流れるように互いに直列に電気的に接続される。他の例では、コイルは、並列または直列／並列の配列に接続される。コイルが並列に接続されているとき、一般にコイルは異なる磁極に位置している。
【０００４】
同期電気機械の回転子には、銅巻線が一般に使用される。しかし、銅巻線の電気抵抗（従来の対策によって小さくなっているが）は回転子の実質的な加熱に寄与するのに十分であり、それによって、同期電気機械の電力効率が小さくなっている。最近、回転子の巻線コイルで使用するために、高温超伝導（ＨＴＳ）線が開発された。ＨＴＳ線は、事実上無抵抗であり、超伝導（ＳＣ）コイルを巻く際に使用するのに非常に有利である。
【０００５】
ＳＣコイルは、超伝導を実現しかつ維持するために、臨界温度以下の温度に、例えば２７Ｋに冷却しなければならない。ＳＣコイルは、液体ヘリウムで冷却されている。ＳＣコイルの巻線を冷却した後で、熱すなわち使用された液体ヘリウムは、気体ヘリウムとして回収され、このためにＳＣコイルをさらに冷却するには連続的な再液化が必要である。しかし、再液化は、重大な信頼性の問題をもたらし、かつかなりの補助電力を必要とする。
【０００６】
ＳＣコイルの組立品を備えた巻線を有する同期電気機械は、現在よく知られている。これらの機械の界磁巻線は、一般に、各磁極に単一のＳＣコイル組立品を有し、ＳＣコイル組立品の各ＳＣコイルは直列に接続されている。発電機の１つの配列は、一般に磁石である構造用コアのまわりを通過する単一ＳＣコイルを含む界磁巻線の付いた回転子を含む。ＳＣコイルを流れる電流は磁界を生成し、磁束は、通常のように回転子を通過して固定子に至る。すなわち、回転子からの磁束は、回転子の回転中に固定子に電流を誘起し、この電流が発電機の出力を形成する。
【０００７】
インダクタンスは、電流の変化に応じた抵抗を示す。界磁巻線のインダクタンスは、全体的な磁気構造のパーミアンスおよび巻数の二乗に比例する。従来の物理学では、コイルの巻数が増加すると、所定の磁界を生成するために必要な電流が減少する。コイルのＨＴＳ線の各一巻きは従来のコイルと比較して約１０分の１の電流を運ぶので（例えば、従来のコイルの１０００Ａから３０００Ａと比べてＳＣコイルの１００Ａ）、同じ磁界を実現するために、ＳＣコイルは従来のコイルの巻数の１０倍を必要とする。さらに、コイルのインダクタンスは、コイルの巻数の二乗に比例する。したがって、コイルの巻数の例えば１０倍の増加は、全体的なインダクタンスの１００倍の実質的な増加をもたらす。
【０００８】
電力供給網の大型電気デバイスの始動および停止によって、電力供給網の発電機に対する電流要求は刻一刻の変化するようになる。大きなインダクタンスを有するコイルは、コイルの電流を急速に制御するために、高電圧励起システムを必要とする。電力供給網条件の刻一刻の変化で生じる界磁電流の変化で、その電流の変化すなわち過渡電流を流すために高電圧が必要となる。過渡電流を流すために必要な結果としての励起システムは、そのような高電圧を供給するために必要な高電圧定格のために非常に高価になる傾向がある。
【０００９】
したがって、ＳＣコイルを有する一般的なＳＣ回転子は、大きな実効インダクタンスを持ちそうであり、これによって、高い最大励起電圧が必要になる。そのような高い最大励起電圧で、この電圧を発生させる励磁機のコストが高くなることがある。一般的なＳＣコイル組立品が２以上の並列回路を有する場合、コイル組立品として動作する各並列コイルを流れる電流の値が異なることになりそうである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、望ましいものは、より小さな実効インダクタンスを有するＳＣコイルの付いたＳＣ回転子であり、したがって、過渡電流を制御するために高コストの高電圧励起システムの必要が無くなる。さらに、コイル組立品として動作するいくつかの並列コイルが基本的に同じ電流を伝導することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の例示の実施形態は、超伝導コイル組立品を含む。超伝導コイル組立品は、複数の回路ブランチを含む。複数の回路ブランチの各回路ブランチは電気的に互いに並列に接続されている。各回路ブランチは、構造用コアに配置されている。複数の回路ブランチの各回路ブランチは、超伝導線で巻かれたコイルおよびコイルに抵抗を与える手段を含む。各回路ブランチのコイルは、複数の回路ブランチに対して複数のコイルを形成する。
【００１２】
さらに、本発明の例示の実施形態は、超伝導回転子を含む。超伝導回転子は、磁気コアを有する回転子コア、回転子コアの相対する側から軸方向に延びかつ回転子コアに取り付けられているシャフト、および回転子コアに配置されたコイル組立品を含む。コイル組立品は環状の形に作られ、回転子コアの回転軸と一致する平面内に配置されている。コイル組立品は、電流がコイル組立品に加えられたとき、回転子コアにＮおよびＳ磁極を形成するように位置づけられている。コイル組立品は、複数の回路ブランチを含む。この複数の回路ブランチの各回路ブランチは、電気的に互いに並列に接続されている。各回路ブランチは、構造用コアに配置されている。複数の回路ブランチの各回路ブランチは、超伝導線で巻かれたコイルおよびこのコイルに抵抗を与える手段を含む。各回路ブランチのコイルは、複数の回路ブランチに対して複数のコイルを形成している。
【００１３】
本発明の他の例示の実施形態は同期機械であり、この同期機械は、固定子、この固定子に磁気的に結合された回転子、冷却システム、励起システム、回転子の相対する側から軸方向に延びかつ回転子に取り付けられているシャフト、およびコイル組立品を含む。冷却システムは、コイル組立品を約２０Ｋから約８０Ｋまでの温度に保つように構成されている。コイル組立品は、複数の回路ブランチを含む。この複数の回路ブランチの各回路ブランチは、電気的に互いに並列に接続されている。各回路ブランチは、構造用コアに配置されている。複数の回路ブランチの各回路ブランチは、超伝導線で巻かれたコイルおよびこのコイルに抵抗を与える手段を含む。各回路ブランチのコイルは、複数の回路ブランチに対して複数のコイルを形成している。
【００１４】
本発明の上述および他の目的、特徴および有利点は、添付の図面に関連して読まれる以下の説明から明らかになるであろう。この図面において、同様な参照数字は同じ要素を示す。
【００１５】
いくつかの図で同じ要素は同様に番号を付けられている図面をここで参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
一般的な同期電気機械は、固定子と、磁気構造のまわりを通過するコイルを含む界磁巻線を有する回転子とを含む。固定子は、電磁的に回転子に結合されている。超伝導（ＳＣ）回転子は、さらに、トルクを伝える手段、１つまたは複数の冷却回路、熱絶縁システム、および電磁遮蔽を含む。
【００１７】
図１は、固定子１２および回転子１４を有する例示の同期機械１０を示す。回転子１４は、固定子１２の回転子用円筒状空気空洞１６に配置されている。回転子１４は、一般に長手方向に延びる軸２０および一般に剛体の回転子コア２２を有する。回転子コア２２は高透磁率を有し、鉄のような強磁性材料で作られている。低電力密度超伝導機械では、回転子１４の鉄コアは、起磁力（ＭＭＦ）を減少させるために使用され、したがって、コイルを巻くために必要なＨＴＳ線の量は最小限になる。回転子１４は、少なくとも１つの長手方向に延びる環状ＳＣコイル組立品３４を支持する。この例示の実施形態は同期発電機であるが、ＳＣコイルを使用するデバイスを含む他の例示の実施形態が可能であることは予想される。他の実施形態は、例えば、同期モータを含む。
【００１８】
回転子１４は、複数のコイル３６を形成する界磁巻線（図示しない）を含む（図２を参照されたい）。複数のコイル３６を電流が流れるとき、回転子１４から放射状に延びかつ回転子１４に対して固定された磁界１８（点線で示す）が回転子１４のまわりに形成される。回転子が回転するとき、コイル組立品３４で生成された磁界１８は固定子１２を通過して回転し、固定子コイル１９の巻線に電流を生じさせる。電流は、下流での使用のために発電機で出力される。
【００１９】
回転子コア２２に取り付けられた端部シャフトは回転子コア２２を支持する。回転子１４は、コレクタ端シャフト２４および駆動端シャフト３０を含む。コレクタ端シャフト２４および駆動端シャフト３０は、各々ベアリング２５で支持されている。端部シャフト２４および３０は、外部デバイスに結合することができる。コレクタ端シャフト２４は、複数のコイル３６への外部電気接続を実現するコレクタリング７８を含む。また、コレクタ端シャフト２４は、回転子１４の複数のコイル３６を冷却するために使用される極低温冷却液の供給源に接続するように構成された寒剤移送カップリング２６を有する。回転子１４の駆動端シャフト３０は、動力カップリング３２を介して動力タービンによって駆動することができる。２個の別個の端部シャフトについて説明したが、回転子コア２２を通して延びる単一シャフトも考えられる。
【００２０】
図２は、環状ＳＣコイル組立品３４の例示の実施形態を示す。ＳＣコイル組立品３４は、３６で全体的に示す複数のコイルと、複数のコイル３６を極低温冷却するようにこれを囲繞する流体通路３８とを含む。コイル３６の寸法は、回転子コア２２の寸法に依存している。一般に、コイル３６は、回転子コア２２の相対する端にある磁極のまわりを回り、さらに回転子軸２０に対して平行である。コイル３６は、回転子コア２２のまわりのコアの磁極の間に電流経路を形成する。複数のコイル３６は、複数のコイル３６をコレクタ７８に電気的に接続する電気接点１１４を有する。
【００２１】
流体通路３８は、複数のコイル３６の外縁のまわりに延びる。流体通路３８は、極低温冷却流体例えばヘリウムを複数のコイル３６に供給し、複数のコイル３６から熱を取り除く。冷却流体は、複数のコイル３６を約２０Ｋから約８０Ｋの温度に保って、超伝導条件を助長する。流体通路３８は、寒剤移送カップリング２６にそれぞれ接続された入力ポート１１１および出力ポート１１２を含む。認められることであろうが、単一流体通路３８を示したが、任意の数が考えられ、図示のような単一流体通路３８に限定されない。
【００２２】
図３および４を参照すると、２個のコイル１０２および１０４が個別に製造され、それから完全な複数のコイル３６を形成するように一緒に結合された回転子１４の断面図が示されている。回転子１４のこの例示の実施形態では、複数のコイル３６は、回転子コア２２のまわりに長手方向に環状に巻きつけられている。言い換えると、複数のコイル３６は、一般に、端部シャフト２４および３０に対応する回転軸がまた位置している平面内に配置されている。上に述べたように回転子コア２２のまわりに複数のコイル３６を配置することで、回転子１４にＮ極４２およびＳ極４４が形成される。高導電材料例えばアルミニウムまたは銅で作られた電磁遮蔽４５が、回転子コア２２および複数のコイル３６を包む。留意されたいことであるが、図４は、図３の回転子コア２２の右側の第１および第２のコイル１０２および１０４の拡大図である。留意すべきことであるが、この例示の実施形態で示された回転子コア２２は２極であるが、この開示は２より多い極を含む他の例示の実施形態に応用可能であることは予想される。さらに、例示の実施形態の回転子コア２２は磁気材料で作られているが、他の実施形態では非磁性構造が予想されることは留意すべきである。
【００２３】
図５は、図３の複数のコイル３６の電気回路図１００を示す。回路図１００は、電気的に並列に接続された第１および第２の回路ブランチ１９１および１９２を備える。第１の回路ブランチ１９１は、第１の電流平衡化抵抗器１３２と直列に接続された第１のコイル抵抗１２２を有する第１のコイル１０２を含む。第２の回路ブランチ１９２は、第２の電流平衡化抵抗器１３４と直列に接続された第２のコイル抵抗１２４を有する第２のコイル１０４を含む。矢印５０は、回路を流れる電流の流れの方向を示す。
【００２４】
図６は、伝導板１３７が第１のコイル１０２と第２のコイル１０４の間に配置された他の例示の実施形態を示す。伝導板１３７は、複数のコイル３６の露出されていない表面からの熱除去を高めて、第１および第２のコイル１０２および１０４の温度を一様に保つ。さらに、伝導被膜１３８が複数のコイル３６の露出表面に配置されている。伝導板１３７および伝導被膜１３８は、銅材料で作られているが、他の高伝導性材料の使用も考えられる。
【００２５】
図７は、第１、第２、および第３のコイル２０２、２０４および２０６それぞれが並列に接続されているが、複数のコイル３６の１個の一体型組立品に組み立てられている代わりの例示の実施形態を示す。この例示の実施形態の伝導被膜１３８は、複数のコイル３６の露出表面に配置されている。
【００２６】
図８は、図７の複数のコイル３６の回路図２００を示す。回路図２００は、電気的に並列に接続されたそれぞれ第１、第２および第３の回路ブランチ２９１、２９２、および２９３を備える。第１の回路ブランチ２９１は、第１の電流平衡化抵抗器２３２と直列に接続された第１のコイル抵抗２２２を有する第１のコイル２０２を含む。第２の回路ブランチ２９２は、第２の電流平衡化抵抗器２３４と直列に接続された第２のコイル抵抗２２４を有する第２のコイル２０４を含む。第３の回路ブランチ２９３は、第３の電流平衡化抵抗器２３６と直列に接続された第３のコイル抵抗２２６を有する第３のコイル２０６を含む。矢印５０は、回路を流れる電流の流れの方向を示す。
【００２７】
図９は、複数のコイル３６が回転子コア２２のまわりに異なった配列で配置されている回転子１４の他の例示の実施形態を示す。第１、第２、および第３のコイル２０２、２０４および２０６は、図３に示すように電気的に並列に接続されているが、物理的に互いに間隔を開けて配置されている。この例では、流体通路３８の異なる構成が冷却のために使用されている。
【００２８】
図１０は、ホットケーキ形に巻かれた６個の隣接するコイルを示す。ホットケーキ形は、例えば、第１のコイル３０２、第２のコイル３０４、第３のコイル３０６、第４のコイル３０８、第５のコイル３１０、および第６のコイル３１２が、連続積重ね方式に互いに重なり合って配置されている配列を意味する。ホットケーキ形構成に巻かれたコイル３０２〜３１２は、第１の方向Ａに多数回巻きの深さを有するが、第１の方向に対して実質的に垂直な第２の方向Ｂにはたった１回巻きの幅を有するように各コイルを巻くことを含む。このように、各コイルは、全ての一巻きが同一平面上にあるように巻かれる。また、各コイルは、互いに並列で、かつ、各コイルの最大表面積が別の隣接するコイルの最大表面積に向くような具合に、隣接するコイルと熱的に接触して連続的に積み重ねられている。積重ねは第２の方向Ｂに延びている。各コイルは巻線装置で容易に形成することができ、この場合に、技術者は、複数のコイル３６を形成するために、直列か、並列か、または直列と並列のいくらかの組合せかのコイルの接続を１つ選ぶことができる。本発明の例示の実施形態では、並列または直並列コイルの配列が選択される。２または３の並列グループが使用されるとき、磁気的な対称性をより完全に保証するためにコイルを交互配置することが可能であろう。例示の実施形態では、第１、第３および第５のコイル３０２、３０６および３１０を直列に接続し、かつ第２、第４および第６のコイル３０４、３０８および３１２を直列に接続することが可能である。このようにして、直列接続された第１、第３および第５のコイル３０２、３０６および３１０は、直列接続された第２、第４および第６のコイル３０４、３０８および３１２と並列になる。他の例示実施形態では、直列接続された第１および第４のコイル３０２および３０８が第１の回路ブランチを形成し、直列接続された第２および第５のコイル３０４および３１０が第２の回路ブランチを形成し、そして、直列接続された第３および第６のコイル３０６および３１２が第３の回路ブランチを形成する。第１、第２、および第３の回路ブランチは、各回路ブランチが互いに並列に接続されるように電気的に接続される。
【００２９】
再び図８を参照して、各コイルには過渡電流と直流電流（ＤＣ）の両方がある。ＤＣは、定常状態トルクおよび実電力伝達のために必要である。過渡電流は、負荷、電力入力、力率、または電圧の変化の結果として、機械の状態を変えるために必要である。各コイルのインダクタンスは非常に大きいので、全ての実用周波数での各コイルのインピーダンスは、各コイル抵抗２２２、２２４および２２６と各電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６との合計に対応する全抵抗よりも何桁も大きい。機械の状態の変化による励起電圧の変化はどれも、並列に接続された各コイルに加えられ、そして各コイルの過渡電流の変化率は等しい（コイル間のインダクタンスの対称性の範囲内で）。ＤＣまたはゆっくり変化する電流は、各電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６によって釣合いを保たれる。
【００３０】
各電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６は、それぞれのコイル２０２、２０４、および２０６の対応するコイル抵抗２２２、２２４および２２６よりもそれぞれ遥かに大きな抵抗を有するように選ばれる。各電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６は、また、各並列回路ブランチ２９１、２９２および２９３で釣合いのとれた抵抗を保証するように選ばれる。各並列回路ブランチ２９１、２９２および２９３間の抵抗の正味の差が最大で約１％であることが望ましい。各電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６は、また、かなりの量の電力が各電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６で損失されないことを保証できるだけ十分に小さな抵抗を有するように選ばれる。各電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６で損失される電力によって生じる熱は、流体通路３８で実現されるような極低温冷却システムの熱負荷を大きくする。
【００３１】
図１１は、各電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６が、コレクタ端シャフト２４の回転子シャフトの穴２６０の中に配置されている実施形態を示す。回転子シャフトの穴２６０は、コレクタ端シャフト２４の空洞を含む。この空洞はコレクタ端シャフト２４の中心部を通ってコレクタ端シャフト２４の回転軸に沿って延びている。矢印５０は、励起システム２８０（図１２を参照されたい）からコレクタ端シャフト２４に配置された界磁巻線２８２を通って各並列回路ブランチ２９１、２９２および２９３に入る電流の流れの方向を示す。各電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６を回転子シャフトの穴２６０に配置することは、熱除去および、また回転子シャフトの穴２６０を通過する極低温冷却システムからの分離を必要とする。したがって、他の例示の実施形態に従って図１２に示すように電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６を回転子シャフトの穴２６０から離して取り付けることがまた可能である。
【００３２】
図１２は、コレクタ端シャフト２４から離して取り付けられ、かつ別個の装置キャビネット中に励起システム２８０と共に随意に位置付けされた各電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６を示す。励起システム２８０は、界磁巻線端子２８２を通してコイル２０２、２０４および２０６に励起電圧を供給して、矢印５０の方向の電流の流れを生成する。「ｎ」個の並列ブランチがある場合、各並列ブランチの電流の経路を実現するために少なくとも「ｎ＋１」個の界磁巻線端子２８２がなければならない。
【００３３】
本発明と電流「ｉ」を伝える３Ｎ回巻きを含む単一基準コイルとを比較して、各回路ブランチ２９１、２９２および２９３を例えば図８に示すように並列に配列することの効果を示す。図８の各コイル２０２、２０４および２０６はＮ回巻きを含み、かつその他のコイルと並列に接続されていると想定する。したがって、電流Ｉが入力端子２０１から回路に流れ込み出力端子２０３に至る場合、各電流平衡化抵抗器２２２、２２４および２２６は、電流Ｉを３つの等しい電流ｉ１、ｉ２およびｉ３に分割し、これらの電流は各対応する並列回路ブランチ２９１、２９２、および２９３を流れる。各コイル２０２、２０４および２０６を流れる電流が磁束を生成するために、各コイル２０２、２０４および２０６は、ある程度互いに磁気的に結合している。各コイルの磁束は、アンペアの法則に従って他のコイルと部分的につながっている。コイル２０２の全磁束漏れは、コイル２０２の自己インダクタンスＬ２０２による成分（コイル２０２の電流によって生じるコイル２０２の磁束漏れ（λ２０２））、相互インダクタンスＭ２０４による成分（コイル２０４の電流によって生じるコイル２０２の磁束漏れ（λ２０４））、および相互インダクタンスＭ２０６による成分（コイル２０６の電流によって生じるコイル２０２の磁束漏れ（λ２０６））によって特徴付けられる。したがって、各コイル２０２、２０４および２０６の全磁束漏れは、次式のマトリックス関係で定義される。
【００３４】
【数１】
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【００３５】
各電流平衡化抵抗器２３２、２３４および２３６によって、ｉ１＝ｉ２＝ｉ３＝Ｉ／３が保証される。
そのとき、磁束連結コイル２０２は、
【００３６】
【数２】
2006166692.tif 000004
【００３７】
である。
【００３８】
共通磁極構造のために、コイルは高い程度で磁気的に結合していると想定すると、自己インダクタンスおよび相互インダクタンスは実際的に等しく、例えば（Ｌ２０２＝Ｍ２０４＝Ｍ２０６）である。したがって、見掛けのコイルインダクタンス（Ｌ）（磁束漏れの端子電流に対する比）は、Ｌ＝λ２０２／Ｉ＝Ｉ２０２である。
【００３９】
本開示の各コイル２０２、２０４および２０６は、上述の単一基準コイルの３分の１の巻数を有する。インダクタンスは巻数の二乗に比例する。さらに、直列接続されたインダクタンスの実効インダクタンスは、直列に接続されたインダクタンスの和である。例えば、インダクタンスＬを有する各コイル２０２、２０４および２０６が直列に接続された場合、実効インダクタンスは３Ｌである。しかし、インダクタンスＬを有する各コイル２０２、２０４および２０６が並列に接続された場合、実効インダクタンスは１／３Ｌである。このように、本開示の各コイル、すなわちコイル２０２は、直列に接続された各コイルの配列のインダクタンスの９分の１の自己インダクタンスを有する。
【００４０】
コイル構造の過渡挙動は、コイル構造の励起システムの電流および電圧定格に大きな影響を及ぼす。各コイル２０２、２０４および２０６の並列接続は、各コイル２０２、２０４および２０６が適切な電流を有することを保証するために、その電流の３倍が複数のコイル３６の端子に供給されることを必要とする。過渡事象中に、特定の電流の変化に影響を及ぼすように複数のコイル３６に加えられる電圧は、次式で与えられる。
【００４１】
【数３】
2006166692.tif 000005
【００４２】
@0003
このように、複数のコイル３６の実効インダクタンスは直列値の９分の１であり、かつ電流は３倍であるので、全体的な効果は、特定の電流変化に影響を及ぼすのに必要な電圧が直列接続配列で特定の電流変化に影響を及ぼすのに必要な電圧の３分の１になるということである。電圧の減少はより低い励起電圧が要求されることを意味し、このことは、励起システム２８０の定格、組立ておよびコストに影響を与えることができる。
【００４３】
その上、本発明は例示の実施形態に関連して説明したが、本発明の範囲から逸脱することなしに、本発明の要素に様々な変更を加えることができ、また代わりに同等物を用いることができることは、当業者は理解するであろう。さらに、本発明の基本的な範囲から逸脱することなしに、本発明の教示に特定の状況または材料を適応させるように多くの修正を行なうことができる。なお、特許請求の範囲に記載された符号は、理解容易のためであってなんら発明の技術的範囲を実施例に限縮するものではない。さらに、第１、第２などの用語の使用は、どのような順序または重要さも意味せず、むしろ第１、第２などの用語は要素を互いに区別するために使用される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】超伝導回転子および固定子を有する同期電気機械を示す模式的な側面図である。
【図２】超伝導（ＳＣ）コイル組立品の例示の実施形態を示す透視図である。
【図３】コイル組立品を有するＳＣ回転子を示す断面図であり、コイル組立品は電気的に並列に接続された２個のコイルを含む。
【図４】図３のコイル組立品の１つの側面を示す拡大図であり、各コイルの複数回巻きを示している。
【図５】図３のコイル組立品の２個のコイルを示す回路図である。
【図６】電気的に並列に接続された２個のコイルを有するコイル組立品を示す断面図であり、コイル組立品を囲繞する伝導被膜およびコイル間の伝導板を示す。
【図７】電気的に並列に接続された３個のコイルを有するコイル組立品を示す断面図であり、コイル組立品を囲繞する伝導被膜を示す。
【図８】図７のコイル組立品を示す回路図である。
【図９】各コイルが互いに間隔を開けて配置されているコイル組立品を形成する電気的に並列に接続された３個のコイルを有するＳＣ回転子を示す断面図である。
【図１０】コイル組立品中に連続して積み重ねられた６個の隣接コイルを示す断面図である。
【図１１】回転子のコレクタ端シャフトに配置され、かつ電気的に並列に接続された３個のコイルのそれぞれのコイルに電気的に接続された平衡化抵抗器の配列を示す模式図である。
【図１２】回転子のコレクタ端シャフトから遠く離れ、かつ電気的に並列に接続された３個のコイルのそれぞれのコイルに電気的に接続された平衡化抵抗器の配列を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  同期機械
３４  環状ＳＣコイル組立品
３６  コイル
１９１、１９２、２９１、２９２、２９３  回路ブランチ
１０２、１０４、２０２、２０４、２０６、３０２、３０４、３０６、３０８、３１０、３１２  コイル
１２２、１２４、２２２、２２４、２２６  コイル抵抗
１３２、１３４、２３２、２３４、２３６  電流平衡化抵抗器
１３７  熱伝導板
１３８  熱伝導被膜
【図１】
2006166692.tif 000006
【図２】
2006166692.tif 000007
【図３】
2006166692.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2006166692.tif 000014
【図１０】
2006166692.tif 000015
【図１１】
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【図１２】
2006166692.tif 000017